科研人員計(jì)劃打造精準(zhǔn)到厘米的GPS光鐘
據(jù)外媒報(bào)道,對(duì)于17世紀(jì)的水手來說,即便能夠擁有一座精準(zhǔn)的導(dǎo)航時(shí)鐘,如果它非常脆弱導(dǎo)致無法上船,那么它的存在也就沒有任何意義了。同樣的情況也發(fā)生在未來用于GPS衛(wèi)星的超精準(zhǔn)光鐘上。我們現(xiàn)在生活在一個(gè)越來越依賴GPS定位、導(dǎo)航、測(cè)量甚至控制造船廠和倉(cāng)庫(kù)庫(kù)存的時(shí)代,通過鎖定四顆或更多衛(wèi)星的信號(hào),人們可以在幾秒鐘之內(nèi)分追蹤到地球上的任何一個(gè)位置,不過它的精準(zhǔn)度還不夠優(yōu)秀。 造成這一問題的根源來自GPS對(duì)安裝在衛(wèi)星上的原子鐘的依賴。據(jù)了解,原子鐘會(huì)根據(jù)微波范圍下振動(dòng)的銫原子變化形成“時(shí)間戳”。為了實(shí)現(xiàn)更高的精密度和準(zhǔn)確度,工程師們想到把這種振動(dòng)換成頻率更小的可見光,其能將頻率提高10萬倍,此時(shí)則需要一個(gè)光鐘。 這種光鐘可以大大提升精準(zhǔn)度,其精準(zhǔn)度能比傳統(tǒng)原子鐘高出100到1000萬倍。不過為了能讀出頻率,工程師必須要降低這些光鐘的輸出數(shù)值,這樣它們的擺動(dòng)才能跟微波原子鐘連接。此時(shí)就需要用上光頻梳,它在光鐘中扮演著如同減速齒輪的角色。這套設(shè)備每隔1/10萬億分之秒向可見光發(fā)出激光然后將其分割成上百萬個(gè)梳齒。通過將這些梳齒跟原子鐘的振動(dòng)連接到一起,一個(gè)準(zhǔn)確度更高、可讀性更強(qiáng)的光鐘就此誕生。 ![]() 不過想要使用這套全新的系統(tǒng)還不得不面臨以下這個(gè)難題:頻率梳(然后是光鐘)非常笨重和脆弱。為此,Menlo Systems的Matthias Lezius及其團(tuán)隊(duì)打造了一座能夠在零重力環(huán)境下運(yùn)轉(zhuǎn)的光鐘,未來它將可能會(huì)實(shí)現(xiàn)厘米級(jí)別的GPS定位。 雖然這支團(tuán)隊(duì)打造的光鐘還需要用到光纖且無法做到全自動(dòng),但它卻解決了笨重的問題,據(jù)悉,它的重量只有22公斤,尺寸大小只有22x14.2厘米。另外,它只需要70瓦的能量就能運(yùn)行并且足夠承受火箭運(yùn)送過程中的環(huán)境變化。 |